Способ защиты от перенапряжений преобразователя частоты с звеном постоянного тока,нагруженного на асинхронный двигатель,и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты преобразователя со звеном постоянного тока, нагруженного на асинхронный двигатель, в частности для защиты преобразователя электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями.

Целью изобретения является повышение быстродействия срабатывания защиты при аварийном переходе асинхронного двигателя в генераторный режим, вызванном неисправностью системы управления преобразователя.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Тяговый двигатель 1 питается от контактной сети через преобразователь частоты 2 со звеном постоянного тока. Преобразователь 2 соединен с контактной сетью через отключающий элемент 3. Частота тока статора двигателя однозначно определяется регулятором частоты, входящим в состав системы управления преобразователя 4, и формируется на выходе формирователя частоты тока статора 5.

На валу тягового двигателя установлен импульсный датчик частоты вращения 6, сигнал с выхода которого определяет частоту вращения ротора двигателя щ. На вход дискретного вычитателя частоты (ДВЧ) , поступает сигнал fi с выхода формирователя частоты тока статора 5 и от датчика частоты вращения 6. На выходе ДВЧ получается разностный сигнал fj-f, который преобразуется в аналоговый сигнал в преобразователе частота-напряжение (ЧН) 8, и поступает в блок сравнения 9, где сравнивается с напряжением уставки, формируемым на выходе блока уставки 10. Сигнал блока сравнения через согласующий усилитель 11 поступает на отключающий, элемент 3.

При питании от контактной сети переменного тока преобразователь частоты, например, может включать трансформатор, выпрямитель с односторонней проводимостью, фильтри инвертор.

Формирователь частоты тока статора соединяется с выходом регулятора частоты, входящего в состав системы управления преобразователя, и может быть выполнен, например, как элемент усиления с гальванической развязкой.

Сравнивающий блок может быть выполнен в виде компаратора на операционном усилителе, в качестве отключающего элемента может быть использован главный выключатель электровоза.

Имп льсный датчик включает диск с прорезями (отверстиями) и переключатель. Переключатель может быть построен на основе пары светодиод - фотодиод. Выход фотодиода соединен с входом компаратора, выход компаратора - с входом усилителя. При вращении диска и смене проходящих мимо фотодиода зубьев и впадин диска на

выходе усилителя формируется импульсный сигнал.

Дискретный вычитатель частоты может включать, например, триггер, ждущий мультивибратор и элемент ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ, причем сигналы частоты тока статора и частоты вращения ротора поступают на входы триггера, один из выходов триггера соединен с входом ждущего мультивибратора, выход ждущего мультивибратора соединен с первым входом ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ, на второй вход которого поступает сигнал больщей частоты (сигнал частоты тока статора), выход элемента ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ является выходом ДВЧ. Последний в импульсной форме определяет разницу частоты тока статора и частоты вращения ротора, т. е. частоту тока ротора f2 fi-ft. При fiB f 1 сигнал на вьгход ДВЧ не проходит.

Преобразователь ЧН может быть построен как устройство с калиброванным импульсом и включает ждущий мультивибратор и фильтр низких частот, причем выход ждущего мультивибратора соединен с входом фильтра низких частот (ФНЧ), а выход ФНЧ является выходом преобразователя ЧН. 5 Напряжение на выходе преобразователя ЧН пропорционально частоте, поступающей на его вход.

Устройство работает следующим образом.

В рабочем режиме - режиме тяги система управления поддерживает частоту тока статора больще частоты тока ротора, обеспечивая стабилизацию частоты тока ротора. Напряжение на выходе преобразователя ЧН 8, пропорциональное формируемой на выходе ДВЧ 7 разностной частоте fi - „,, больще напряжения уставки. Сигнал на выходе блока сравнения 9 равен нулю, срабатывания отключающего элемента не происходит.

В аварийном режиме из-за неисправности системы управления преобразователя не обеспечивается стабилизация частоты тока ротора. Частота тока ротора уменьщается, становится равной нулю и меняет знак. При этом напряжение на выходе преобразователя 8 уменьщается и становится равным нулю при Гц, fb Соответственно сигнал 5 на выходе блока сравнения 9 становится равным единице, происходит усиление сигнала в согласующем усилителе 11 и срабатывание отключающего элемента 3.

Таким образом, срабатывание защиты не является как обычно реакцией на возникновение перенапряжения. Защита сраба тывает заранее и перенапряжения на элементах преобразователя в рзсматриваемых режимах вообще не возникает.

Таким образом, перенапряжения на эле5 ментах преобразователя, возникающие при самопроизвольном переходе двигателей в режим рекуперативного торможения, приводят к выходу из строя элементов преобразователя. При каждом аварийном рекуперативном режиме на электровозе ВЛ80А-751 выходило из строя не менее 10 тиристоров ТЛ 200 (стоимость вентиля примерно 40 руб.) Применение предлагаемого устройства исключит возможность возникновения перенапряжений на элементах преобразователя при неисправности системы управления, связанной с указанным аварийным режимом. Каждый случай аварийного перехода двигателей в режим рекуперативного торможения приводит к срыву графика движения ведомого электровозом состава и необходимости затрат времени и труда, связанных с ремонтом преобразователя. Применение предлагаемого устройства повышает надежность работы преобразователя.

Вы-ход из строя элементов преобразователя мржет быть связан с большим количеством причин KpoSte неисправности системы управления (старение элементов, неисправности цепей коммутации, управления тиристоров и т. д.). Поэтому при анализе причин аварии бывает сложно установить неисправность системы управления, тем более, что в ряде случаев работоспособность Системы управления к моменту проверки может восстановиться. Если сигнал с выхода блока сравнения использовать с целью сигнализации (установив триггер, вход которого связан с выходом блока сравнения, а выход- с устройством сигнализации), то можно существенно сократить время обнаружения неисправности.

1. Способ защиты от перенапряжений преобразователя частоты со звеном постоянного тока, нагруженного на асинхронный двигатель, основанный на измерении контролируемого параметра, преобразовании измеренного сигнала, сравнении его с уставкой и формировании сигнала отключения преобразователя при равенстве контролируемого параметра и уставки, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия срабатывания защиты при аварийном переходе асинхронного двигателя в генераторный режим, вызванном неисправностью системы управления преобразователя, в качестве контролируемого параметра используют частоту тока ротора. 2. Устройство для защиты от перенапряжений преобразователя частоты со звеном постоянного тока, нагруженного на асинхронный двигатель, содержащее блок уставки, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, выход блока сравнения через согласующий усилитель соединен с входом отключающего элемента, формирователь частоты тока статора, вход которого соединен с системой управления преобразователя, выход последней соединен с управляющим входом преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия срабатывания защиты при аварийном переходе асинхронного двигателя в генераторный режим, вызванном неисправностью системы управления преобразователя дополнительно введены импульсный датчик частоты вращения ротора, соединенный с валом асинхронного двигателя, дискретный вычитатель частоты, преобразователь частота - напряжение, при этом первый вход дискретного вычитателя частоты соединен с выходом датчика частоты вращения ротора, а второй - с выходом формирователя частоты тока статора, выход дискретного вычитателя частоты соединен с входом преобразователя частота - напряжение, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения.